JPH0528362B2 - - Google Patents
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- JPH0528362B2 JPH0528362B2 JP59200172A JP20017284A JPH0528362B2 JP H0528362 B2 JPH0528362 B2 JP H0528362B2 JP 59200172 A JP59200172 A JP 59200172A JP 20017284 A JP20017284 A JP 20017284A JP H0528362 B2 JPH0528362 B2 JP H0528362B2
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C21/00—Treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by diffusing ions or metals in the surface
- C03C21/001—Treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by diffusing ions or metals in the surface in liquid phase, e.g. molten salts, solutions
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
- G02B6/13—Integrated optical circuits characterised by the manufacturing method
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- G02B6/1345—Integrated optical circuits characterised by the manufacturing method by substitution by dopant atoms using ion exchange
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Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、イオン交換によつてガラス基板中に
光導波路、レンズなど断面内で屈折率勾配をもつ
光学素子を一体に形成する方法の改良に関する。
光導波路、レンズなど断面内で屈折率勾配をもつ
光学素子を一体に形成する方法の改良に関する。
上記のような基板内埋め込み型の光学素子をつ
くる場合、第５図に示すようにまずガラス基板１
の片面を導波路、レンズアレイ等所定のパターン
の開口を設けたイオン透過防止マスク材２で被覆
し、この基板１のマスク面上に四周側壁材３を接
着層４により接合して基板１を底壁とする容器５
をつくり、この容器５内にタリウムTlイオン、
銀Agイオン等基板ガラスの屈折率増加に寄与す
る陽イオンを含む硫酸塩、硝酸塩等の溶融塩６を
溜め、また基板のマスク面とは反対側の面には他
の溶融塩７を接触させる。
くる場合、第５図に示すようにまずガラス基板１
の片面を導波路、レンズアレイ等所定のパターン
の開口を設けたイオン透過防止マスク材２で被覆
し、この基板１のマスク面上に四周側壁材３を接
着層４により接合して基板１を底壁とする容器５
をつくり、この容器５内にタリウムTlイオン、
銀Agイオン等基板ガラスの屈折率増加に寄与す
る陽イオンを含む硫酸塩、硝酸塩等の溶融塩６を
溜め、また基板のマスク面とは反対側の面には他
の溶融塩７を接触させる。
そして両溶融塩６，７中に基板１に対向させて
電極板８Ａ，８Ｂを浸漬配置し、マスク面側電極
板８Ａを陽極、裏面側電極板８Ｂを陰極として電
界を印加する。
電極板８Ａ，８Ｂを浸漬配置し、マスク面側電極
板８Ａを陽極、裏面側電極板８Ｂを陰極として電
界を印加する。
上記処理により容器内の溶融塩６中の陽イオン
がマスク開口を通して基板内に拡散侵入し、且つ
基板１の裏面側からガラス中の陽イオンが溶融塩
７中に浸出する。
がマスク開口を通して基板内に拡散侵入し、且つ
基板１の裏面側からガラス中の陽イオンが溶融塩
７中に浸出する。
上記の電界印加イオン交換処理によつて基板内
には拡散イオンの濃度分布に対応した屈折率勾配
をもつ所期の光導波路、レンズアレイ等の光学素
子が一体形成される。上述した電界印加イオン交
換法は、電解印加を行なわない通常のイオン交換
法に比べ、ドーパントの拡散を促進するだけでな
くイオン交換部分の屈折率分布を制御できる点で
も優れている。イオン源としては溶融塩を用いる
方法と、真空蒸着やスパツタ法等で形成した銀膜
等の固体のイオン源を用いる方法があるが、イオ
ン交換層の屈折率分布の均質性では第５図のよう
に溶融塩を用いる方が優れている。
には拡散イオンの濃度分布に対応した屈折率勾配
をもつ所期の光導波路、レンズアレイ等の光学素
子が一体形成される。上述した電界印加イオン交
換法は、電解印加を行なわない通常のイオン交換
法に比べ、ドーパントの拡散を促進するだけでな
くイオン交換部分の屈折率分布を制御できる点で
も優れている。イオン源としては溶融塩を用いる
方法と、真空蒸着やスパツタ法等で形成した銀膜
等の固体のイオン源を用いる方法があるが、イオ
ン交換層の屈折率分布の均質性では第５図のよう
に溶融塩を用いる方が優れている。
上記の従来方法では接着剤を使用して陽極側の
溶融塩溜め容器５を各基板毎に組み立てるため、
生産性が悪く非能率的であるばかりでなく、電界
イオン交換処理は通常数百度Ｃの高温に維持しつ
つ行なうので接着剤と基板の熱膨張係数の違いに
よつてガラス基板が破損したり、接着部分から溶
融塩の液洩れを生じる等の問題があつた。
溶融塩溜め容器５を各基板毎に組み立てるため、
生産性が悪く非能率的であるばかりでなく、電界
イオン交換処理は通常数百度Ｃの高温に維持しつ
つ行なうので接着剤と基板の熱膨張係数の違いに
よつてガラス基板が破損したり、接着部分から溶
融塩の液洩れを生じる等の問題があつた。
上記問題を解決する方法として、溶融塩溜め容
器５内を負圧としてこの容器５の開放された下端
に基板１を吸引保持させ、この状態でイオン交換
処理を行なう方法が提案されている。しかしなが
ら上記の改良方法によつても、イオン交換温度が
高くなり基板ガラスの粘性がlogη＝12〜15（転移
温度±50℃付近）に低下すると基板表裏面間の圧
力差によつて基板が変形するという不都合を生じ
る。例えば50mm角で１mm厚みのソーダライムガラ
ス基板を使用し、溶融塩溜め容器５内圧力を660
mmHgとして温度450℃のもとで電界イオン交換処
理を行なつた場合、処理後のガラス基板は容器５
内に向けてわん曲変形し、周縁部と中央付近との
間でおよそ200μｍの段差を生じる。
器５内を負圧としてこの容器５の開放された下端
に基板１を吸引保持させ、この状態でイオン交換
処理を行なう方法が提案されている。しかしなが
ら上記の改良方法によつても、イオン交換温度が
高くなり基板ガラスの粘性がlogη＝12〜15（転移
温度±50℃付近）に低下すると基板表裏面間の圧
力差によつて基板が変形するという不都合を生じ
る。例えば50mm角で１mm厚みのソーダライムガラ
ス基板を使用し、溶融塩溜め容器５内圧力を660
mmHgとして温度450℃のもとで電界イオン交換処
理を行なつた場合、処理後のガラス基板は容器５
内に向けてわん曲変形し、周縁部と中央付近との
間でおよそ200μｍの段差を生じる。
一方、上記のような基板ガラスの熱変形を回避
すべくイオン交換処理温度を下げるとイオンの拡
散速度が遅く処理に時間がかかるという問題を生
じる。
すべくイオン交換処理温度を下げるとイオンの拡
散速度が遅く処理に時間がかかるという問題を生
じる。
基板上面に設ける溶融塩収容容器の外周部に下
端が開放され溶融塩収容室とは気密隔離された負
圧室を設け、溶融塩収容室は大気圧にしたまま負
圧室のみを排気するようにし、これにより容器と
基板との密着固定を溶融塩接触部域外の基板周辺
部での真空吸着で行なう。
端が開放され溶融塩収容室とは気密隔離された負
圧室を設け、溶融塩収容室は大気圧にしたまま負
圧室のみを排気するようにし、これにより容器と
基板との密着固定を溶融塩接触部域外の基板周辺
部での真空吸着で行なう。
本発明によれば、光学素子が形成される基板中
央の溶融塩との接触部域は大気圧のままであるか
ら従来のように真空吸着による内外圧力差でこの
部分に反り、変形を生じることがなく平担に維持
され光学素子が形成されない溶融塩接触部域外の
周辺環状部分で溶融塩容器と基板とを真空吸着す
るようにしているので、基板中央部を負圧にする
場合に比べて変形は極めて小さく、また光学素子
に悪影響を及ぼすことがない。さらに必要であれ
ば変形した吸着保持部分は切断除去することもで
きる。
央の溶融塩との接触部域は大気圧のままであるか
ら従来のように真空吸着による内外圧力差でこの
部分に反り、変形を生じることがなく平担に維持
され光学素子が形成されない溶融塩接触部域外の
周辺環状部分で溶融塩容器と基板とを真空吸着す
るようにしているので、基板中央部を負圧にする
場合に比べて変形は極めて小さく、また光学素子
に悪影響を及ぼすことがない。さらに必要であれ
ば変形した吸着保持部分は切断除去することもで
きる。
また、基板と容器とを接着剤で接合する方法に
比べて、作業が極めて簡単で迅速にセツトするこ
とができ、且つ接着剤との熱膨張係数の違いによ
る基板の破損や接着部分からの溶融塩洩れといつ
た問題も回避することができ、大面積の基板に高
精度で光学素子を形成することが可能となる。
比べて、作業が極めて簡単で迅速にセツトするこ
とができ、且つ接着剤との熱膨張係数の違いによ
る基板の破損や接着部分からの溶融塩洩れといつ
た問題も回避することができ、大面積の基板に高
精度で光学素子を形成することが可能となる。
以下本発明を図面に示した実施例に基づき詳細
に説明する。
に説明する。
第１図は本発明で使用する溶融塩容器の断面図
であり第２図は同容器の斜視図である。溶融塩容
器１０は石英等の耐蝕、耐熱性材料で構成されて
おり、上下端が開放した角筒状の内筒１１の外側
に内筒外周面との間に一定幅の環状空隙１２をお
いて外筒１３を配置し、両筒１１，１３の上端間
を連結しして気密封止し、外筒１３の側壁の一部
に上記空隙１２に連通する排気口１４を取り付け
た構造となつている。そして内外筒１１，１３の
下端面は面一に揃えるとともに平担面に仕上げて
ある。
であり第２図は同容器の斜視図である。溶融塩容
器１０は石英等の耐蝕、耐熱性材料で構成されて
おり、上下端が開放した角筒状の内筒１１の外側
に内筒外周面との間に一定幅の環状空隙１２をお
いて外筒１３を配置し、両筒１１，１３の上端間
を連結しして気密封止し、外筒１３の側壁の一部
に上記空隙１２に連通する排気口１４を取り付け
た構造となつている。そして内外筒１１，１３の
下端面は面一に揃えるとともに平担面に仕上げて
ある。
上記の溶融容器を使つて電界イオン交換処理を
行なう方法を第３図に示す。
行なう方法を第３図に示す。
１５はガラス基板であり、この基板上面は微小
レンズのアレイ、光導波路等所期の光学素子の平
面パターンに応じた開口を残してイオン透過防止
マスク１６で覆つてある。
レンズのアレイ、光導波路等所期の光学素子の平
面パターンに応じた開口を残してイオン透過防止
マスク１６で覆つてある。
この基板上面に溶融塩容器１０を空隙部１２の
開口側を下にして載せる。
開口側を下にして載せる。
そして内筒１１内の溶融塩収容室１８に、タリ
ウムTl、銀Agなどの基板ガラスの屈折率増加に
寄与する陽イオンを含む硫酸塩、硝酸塩等の固体
状の塩を入れる。また容器１０の排気口１４を真
空排気装置１７に接続して、基板１５で下端開口
部が閉塞されている内外筒１１，１３間の空隙１
２（負圧室）を排気する。これによつて基板１５
はその周辺環状部分で内外圧力差により容器１０
に密着固定される。
ウムTl、銀Agなどの基板ガラスの屈折率増加に
寄与する陽イオンを含む硫酸塩、硝酸塩等の固体
状の塩を入れる。また容器１０の排気口１４を真
空排気装置１７に接続して、基板１５で下端開口
部が閉塞されている内外筒１１，１３間の空隙１
２（負圧室）を排気する。これによつて基板１５
はその周辺環状部分で内外圧力差により容器１０
に密着固定される。
次に容器１０の下端に保持された基板１５の下
面側を加熱炉内にある溶融塩１９に接触させる。
この溶融塩１９中には陰極側の電極板２３Ｂが浸
漬配置してある。これにより容器１０内の塩は溶
解して溶融塩２０となるので、この溶融塩２０中
に陽極側の電極板２３Ａを浸漬設置する。そして
両電極板２３Ａ，２３Ｂ間に電圧を印加しつつイ
オン交換処理を行なうと、容器１０内の溶融塩２
０中に含まれる陽イオンがマスク１６の開口を通
して基板内に拡散し、また基板１５の裏面からは
ガラス中のイオンが他方の溶融塩１９中に浸出し
て基板内には拡散したイオンの濃度分布に応じて
屈折率勾配をもつレンズ、導波路等の所期の光学
素子２１が形成される。
面側を加熱炉内にある溶融塩１９に接触させる。
この溶融塩１９中には陰極側の電極板２３Ｂが浸
漬配置してある。これにより容器１０内の塩は溶
解して溶融塩２０となるので、この溶融塩２０中
に陽極側の電極板２３Ａを浸漬設置する。そして
両電極板２３Ａ，２３Ｂ間に電圧を印加しつつイ
オン交換処理を行なうと、容器１０内の溶融塩２
０中に含まれる陽イオンがマスク１６の開口を通
して基板内に拡散し、また基板１５の裏面からは
ガラス中のイオンが他方の溶融塩１９中に浸出し
て基板内には拡散したイオンの濃度分布に応じて
屈折率勾配をもつレンズ、導波路等の所期の光学
素子２１が形成される。
以上のようにして溶融塩収容室１８内は大気圧
に開放しておき、その外周に設けた環状の負圧室
１２の部分で吸着保持しているから狭い幅でも充
分大な吸着面積を確保でき、容器全体を負圧にす
る場合に比べて内外圧力差に因る基板の変形を実
質的に無視し得る程度まで小さくすることができ
る。以上の実施例では基板の陰極面側に溶融塩１
９を接触させて、ガラス中のイオンをこの溶融塩
１９中へ逃がすようにしているが、要するに導電
性が有り且つ基板ガラスからのイオンの抜け出し
を阻害しないものであれば基板陰極面側に接触す
る導電媒体の材質、構造に制限は無い。
に開放しておき、その外周に設けた環状の負圧室
１２の部分で吸着保持しているから狭い幅でも充
分大な吸着面積を確保でき、容器全体を負圧にす
る場合に比べて内外圧力差に因る基板の変形を実
質的に無視し得る程度まで小さくすることができ
る。以上の実施例では基板の陰極面側に溶融塩１
９を接触させて、ガラス中のイオンをこの溶融塩
１９中へ逃がすようにしているが、要するに導電
性が有り且つ基板ガラスからのイオンの抜け出し
を阻害しないものであれば基板陰極面側に接触す
る導電媒体の材質、構造に制限は無い。
例えば、第４図に示すように基板の下面側に銀
膜等の導電薄膜２２を施してこの薄膜２２に陰極
を接続して電圧印加を行なうようにしてもよい。
膜等の導電薄膜２２を施してこの薄膜２２に陰極
を接続して電圧印加を行なうようにしてもよい。
また容器１０は第１図に示したように角筒状と
する以外に円筒状その他基板の形状に応じて種々
の形状にすることができる。
する以外に円筒状その他基板の形状に応じて種々
の形状にすることができる。
容器１０として円筒状で外筒１３の外径が78
mm、内筒１１の内径が56mm、肉厚が３mm、負圧室
の間隙幅５mmの石英製容器を製作した。
mm、内筒１１の内径が56mm、肉厚が３mm、負圧室
の間隙幅５mmの石英製容器を製作した。
一方、大きさが80mmφで厚さ１mmのソーダライ
ムガラス基板を用意し、この基板の片面に、フオ
トリソグラフイー法で直径40μｍの多数の開孔を
規則正しく配列したチタンTi膜からなるイオン
透過防止マスク１６を施した。
ムガラス基板を用意し、この基板の片面に、フオ
トリソグラフイー法で直径40μｍの多数の開孔を
規則正しく配列したチタンTi膜からなるイオン
透過防止マスク１６を施した。
また裏面側には銀膜を施した。
上記基板のマスク面側に上記容器１０を載せ、
環状負圧室１２内の圧力が560mmHgとなるまで排
気して基板と容器とを吸着させた。
環状負圧室１２内の圧力が560mmHgとなるまで排
気して基板と容器とを吸着させた。
容器の内筒内に塩および電極板を入れ全体を加
熱炉内にいれて温度を445℃に上げた。そして溶
融塩側を陽極、銀膜側を陰極として基板両面間に
電圧印加しつつイオン交換処理を行なつた。この
結果、マスク面側の基板内には屈折率分布レンズ
が形成され、また基板の変形は全く認められなか
つた。
熱炉内にいれて温度を445℃に上げた。そして溶
融塩側を陽極、銀膜側を陰極として基板両面間に
電圧印加しつつイオン交換処理を行なつた。この
結果、マスク面側の基板内には屈折率分布レンズ
が形成され、また基板の変形は全く認められなか
つた。
第１図および第２図は本発明で使用する溶融塩
容器の一例を示すそれぞれ断面図、斜視図、第３
図は上記容器を使用して電界イオン交換処理を行
なう方法の一例を示す断面図、第４図は本発明の
他の実施例を示す断面図、第５図は従来の方法を
示す断面図である。 １０……溶融塩容器、１２……負圧室、１５…
…基板、１６……イオン透過防止マスク、１８…
…溶融塩収容室、１９，２０……溶融塩、２１…
…光学素子、２２……導電薄膜、２３Ａ，２３Ｂ
……電極板。
容器の一例を示すそれぞれ断面図、斜視図、第３
図は上記容器を使用して電界イオン交換処理を行
なう方法の一例を示す断面図、第４図は本発明の
他の実施例を示す断面図、第５図は従来の方法を
示す断面図である。 １０……溶融塩容器、１２……負圧室、１５…
…基板、１６……イオン透過防止マスク、１８…
…溶融塩収容室、１９，２０……溶融塩、２１…
…光学素子、２２……導電薄膜、２３Ａ，２３Ｂ
……電極板。
Claims (1)
- １ ガラス基板を底壁としてこの基板の上面に溶
融塩収容容器を密着固定し、前記容器内に溶融塩
を満たして基板上面に接触させるとともに、基板
下面に導電体を接触させて電界印加のもとで溶融
塩中のイオンを基板内に拡散させて、拡散イオン
の濃度分布に応じた屈折率勾配をもつ光学素子を
基板内に一体形成する方法において、前記容器の
外周部に下端が開放され溶融塩収容部とは気密隔
離された負圧室を設け、この負圧室内を排気し
て、前記容器と基板との密着固定を溶融塩接触部
域外での真空吸着で行なうことを特徴とするイオ
ン交換による光学素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59200172A JPS6177807A (ja) | 1984-09-25 | 1984-09-25 | イオン交換による光学素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59200172A JPS6177807A (ja) | 1984-09-25 | 1984-09-25 | イオン交換による光学素子の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6177807A JPS6177807A (ja) | 1986-04-21 |
| JPH0528362B2 true JPH0528362B2 (ja) | 1993-04-26 |
Family
ID=16419987
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59200172A Granted JPS6177807A (ja) | 1984-09-25 | 1984-09-25 | イオン交換による光学素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6177807A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4766954A (en) * | 1987-01-08 | 1988-08-30 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Process for producing an optical waveguide |
| JP4662095B2 (ja) * | 2001-01-29 | 2011-03-30 | Ｆｄｋ株式会社 | 光導波路デバイスの製造方法 |
-
1984
- 1984-09-25 JP JP59200172A patent/JPS6177807A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6177807A (ja) | 1986-04-21 |
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